CN103678573A - 一种实现缓存加速的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现缓存加速的方法及系统。应用在智能缓存领域，包括以下步骤：系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；系统管理模块接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移。本发明保证SSD缓存空间的高效利用，提高存储系统吞吐量，减少响应时间，整体提高存储系统性能。

Description

一种实现缓存加速的方法及系统
技术领域
本发明涉及智能缓存领域，尤其涉及一种实现缓存加速的方法及系统。
背景技术
随着大数据时代的来临，信息技术产业已经开始从如何存储数据逐渐转变为如何高效的存储这些数据。大数据是指资料量规模巨大的数据，既说明数量庞大，又说明种类繁杂，因此，在大数据时代对存储系统的性能要求越来越高。如何高效的存储大数据对传统存储系统提出了巨大的挑战。
传统存储系统一般采用机械式硬盘（HDD）组成存储介质，由于机械式硬盘自身特性的问题，其已成为传统存储系统的性能瓶颈，随着PCIE SSD的出现及逐渐完善，可以采用PCIE SSD解决HDD面临的性能瓶颈，但是因为SSD的价格要远远低于HDD硬盘，因此将SSD作为缓存既能满足当今数据处理的性能要求，又能不提高存储系统成本；存储系统可以采用PCIE SSD搭配HDD的硬件组成形式，配合SSD缓存加速系统使PCIE SSD作为HDD存储介质的缓存，整体提升存储系统的存取性能，满足大数据时代的性能需求。
但是，存储系统的SSD缓存加速系统面临一些问题：SSD具有一些特性，一是SSD具有特殊的读写特性，其读写性能不对称，SSD读性能远远大于写性能，尤其是在随机小数据的情况下，写操作对SSD的性能影响更严重；二是SSD的容量还远远小于HDD硬盘，因此SSD空间是极其珍贵的。
发明内容
本发明提供一种实现缓存加速的方法及系统，以解决上述问题。
本发明提供一种实现缓存加速的方法。上述方法包括以下步骤：
系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
系统管理模块接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；
缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移。
本发明还提供一种实现缓存加速的系统，包括：系统界面管理模块、系统管理模块、缓存模式分析模块、缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块；系统界面管理模块通过系统管理模块与缓存模式分析模块相连；系统管理模块分别与缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块相连；IO调度模块与缓存数据管理模块相连；
所述系统界面管理模块，用于根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
所述系统管理模块，用于接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；还用于调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO；
所述元数据管理模块，用于被系统管理模块调用，将元数据处理的结果反馈给系统管理模块；其中，元数据管理模块管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息；
所述缓存模式分析模块，用于对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
所述缓存数据管理模块，接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移；
IO调度模块，用于接收系统管理模块传入的IO；还用于向缓存数据管理模块传递IO。
本发明的有益效果是：通过该存储系统SSD缓存加速的系统架构，能够实现在不同缓存模式下，采用智能缓存策略根据数据的访问特征优选缓存对象，将缓存的数据智能的迁移至PCIE SSD中；通过缓存系统的智能缓存策略能够将高优先级访问属性的数据缓存至PCIE SSD，充分利用有限的PCIE SSD缓存空间，从而提高缓存的命中率，整体提升系统性能；本发明按照用户设置的缓存配置信息，智能的缓存存储系统的数据，提高存储系统访问速度，提高缓存命中率，保证缓存中的数据就是最热点的数据，保证SSD缓存空间的高效利用，提高存储系统吞吐量，减少响应时间，整体提高存储系统性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1所示为本发明实施例1的存储系统SSD缓存加速的系统架构图；
图2所示为本发明实施例2的实现缓存加速处理流程图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种实现缓存加速的方法，包括以下步骤：
系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
系统管理模块接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；
缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移。
其中，系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块的过程为：
系统界面管理模块，提供一个图形界面接口或者一个命令行操作接口接受用户输入的指令，来设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的关键信息即缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；其中，所述缓存系统参数包括：缓存模式，缓存属性参数，管理缓存设备命令。
其中，缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块的过程为：
缓存模式分析模块从系统管理模块获取上层传递来的缓存模式信息，并对缓存模式信息进行验证和识别，并将处理结果反馈给系统管理模块；
系统管理模块接收缓存模式分析模块反馈的所述处理结果后，发送所述处理结果至缓存数据管理模块。
其中，缓存模式分析模块从系统管理模块获取上层传递来的缓存模式信息，并对缓存模式信息进行验证和识别，并将处理结果反馈给系统管理模块的过程为：
缓存模式分析模块根据系统管理模块输入的缓存模式信息，对缓存模式信息进行验证，确保缓存模式信息的合法性，识别确定唯一的缓存模式，并将处理结果反馈给系统管理模块；其中，所述处理结果中携带了缓存策略信息。
其中，缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移的过程为:
缓存数据管理模块接收系统管理模块发送的处理结果后，获取系统管理模块指定的缓存策略，根据IO调度模块传递来的IO，智能识别缓存数据，并自动完成迁移工作并反馈结果给IO调度模块。
其中，IO调度模块获取IO的途径为：系统管理模块调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO。
其中，系统管理模块调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO的过程为：
元数据管理模块由系统管理模块调用，元数据管理模块将元数据处理的结果反馈给系统管理模块，系统管理模块向IO调度模块6传入IO；
其中，元数据管理模块管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息。
图1所示为本发明实施例1的存储系统SSD缓存加速的系统架构图，说明如下：
存储系统SSD缓存加速的系统包括用户态和内核态两部分。其中，系统界面管理模块1位于用户态；其他模块（系统管理模块2、缓存模式分析模块3、缓存数据管理模块4、元数据管理模块5、IO调度模块6）位于内核态，在内核态程序中，由系统管理模块2协调管理其他各个模块正常工作，保证系统的稳定可靠。
该系统包括：系统界面管理模块1、系统管理模块2、缓存模式分析模块3、缓存数据管理模块4、元数据管理模块5、IO调度模块6。
系统界面管理模块1，提供一个图形界面接口或者一个命令行操作接口接受用户输入的指令，来设置缓存系统参数（包括：缓存模式，缓存属性参数，管理缓存设备命令等）并生成配置文件，识别配置文件的关键信息（缓存系统参数信息）并将其传递给内核态的系统管理模块2。
系统管理模块2，负责管理缓存软件系统不同模块之间通信并负责用户态与内核态驱动的通信请求，另外，系统管理模块2负责管理系统产生的错误信息；根据系统界面管理模块1传递的缓存系统参数信息，进行识别、解析、分解并分发至相应模块，并接收各个模块处理的反馈信息。
其中，系统管理模块2接收系统界面管理模块1发送的缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块3。
缓存模式分析模块3，负责从系统管理模块2获取上层传递来的缓存模式信息，并对缓存模式信息进行验证和识别，并将处理结果反馈给系统管理模块2。
根据系统管理模块2输入的缓存模式信息，对缓存模式信息进行验证，确保缓存模式信息的合法性，识别确定唯一的缓存模式，并将处理结果反馈给系统管理模块2；其中，所述处理结果中携带了缓存策略信息。
系统管理模块2接收缓存模式分析模块3反馈的所述处理结果后，发送所述处理结果至缓存数据管理模块4。
缓存数据管理模块4，能够智能缓存存储数据，缓存数据管理模块4接收系统管理模块2发送的处理结果后，获取系统管理模块2指定的缓存策略，根据IO调度模块6传递来的IO，智能识别缓存数据，并自动完成迁移工作并反馈结果给IO调度模块6。
元数据管理模块5，负责管理缓存系统的元数据信息，元数据管理模块5管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息；由系统管理模块2调用，并将元数据处理的结果反馈给系统管理模块2，系统管理模块2向IO调度模块6传入IO。
IO调度模块6，负责系统IO调度，决定是调度至缓存还是调度至HDD存储。
图2所示为本发明实施例2的实现缓存加速处理流程图，步骤如下：
步骤201：系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
步骤202：系统管理模块接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；
步骤203：缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
步骤204：缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移。
本发明提供了一种实现缓存加速的系统，包括：系统界面管理模块、系统管理模块、缓存模式分析模块、缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块；系统界面管理模块通过系统管理模块与缓存模式分析模块相连；系统管理模块分别与缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块相连；IO调度模块与缓存数据管理模块相连；
所述系统界面管理模块，用于根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
所述系统管理模块，用于接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；还用于调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO；
所述元数据管理模块，用于被系统管理模块调用，将元数据处理的结果反馈给系统管理模块；其中，元数据管理模块管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息；
所述缓存模式分析模块，用于对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
所述缓存数据管理模块，接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移；
IO调度模块，用于接收系统管理模块传入的IO；还用于向缓存数据管理模块传递IO。
本发明的有益效果是：通过该存储系统SSD缓存加速的系统架构，能够实现在不同缓存模式下，采用智能缓存策略根据数据的访问特征优选缓存对象，将缓存的数据智能的迁移至PCIE SSD中；通过缓存系统的智能缓存策略能够将高优先级访问属性的数据缓存至PCIE SSD，充分利用有限的PCIE SSD缓存空间，从而提高缓存的命中率，整体提升系统性能；本发明按照用户设置的缓存配置信息，智能的缓存存储系统的数据，提高存储系统访问速度，提高缓存命中率，保证缓存中的数据就是最热点的数据，保证SSD缓存空间的高效利用，提高存储系统吞吐量，减少响应时间，整体提高存储系统性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种实现缓存加速的方法，其特征在于，包括以下步骤：
系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
系统管理模块接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；
缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：系统界面管理模块根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块的过程为：
系统界面管理模块，提供一个图形界面接口或者一个命令行操作接口接受用户输入的指令，来设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的关键信息即缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；其中，所述缓存系统参数包括：缓存模式，缓存属性参数，管理缓存设备命令。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：缓存模式分析模块对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块的过程为：
缓存模式分析模块从系统管理模块获取上层传递来的缓存模式信息，并对缓存模式信息进行验证和识别，并将处理结果反馈给系统管理模块；
系统管理模块接收缓存模式分析模块反馈的所述处理结果后，发送所述处理结果至缓存数据管理模块。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：缓存模式分析模块从系统管理模块获取上层传递来的缓存模式信息，并对缓存模式信息进行验证和识别，并将处理结果反馈给系统管理模块的过程为：
缓存模式分析模块根据系统管理模块输入的缓存模式信息，对缓存模式信息进行验证，确保缓存模式信息的合法性，识别确定唯一的缓存模式，并将处理结果反馈给系统管理模块；其中，所述处理结果中携带了缓存策略信息。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
缓存数据管理模块接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移的过程为:
缓存数据管理模块接收系统管理模块发送的处理结果后，获取系统管理模块指定的缓存策略，根据IO调度模块传递来的IO，智能识别缓存数据，并自动完成迁移工作并反馈结果给IO调度模块。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，IO调度模块获取IO的途径为：系统管理模块调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：系统管理模块调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO的过程为：
元数据管理模块由系统管理模块调用，元数据管理模块将元数据处理的结果反馈给系统管理模块，系统管理模块向IO调度模块6传入IO；
其中，元数据管理模块管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息。
8.一种实现缓存加速的系统，其特征在于，包括：系统界面管理模块、系统管理模块、缓存模式分析模块、缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块；系统界面管理模块通过系统管理模块与缓存模式分析模块相连；系统管理模块分别与缓存数据管理模块、元数据管理模块、IO调度模块相连；IO调度模块与缓存数据管理模块相连；
所述系统界面管理模块，用于根据用户输入的指令，设置缓存系统参数并生成配置文件，识别配置文件的缓存系统参数信息并将其传递给系统管理模块；
所述系统管理模块，用于接收所述缓存系统参数信息后，获取缓存模式信息并将所述缓存模式信息传递至缓存模式分析模块；还用于调用元数据管理模块，获取元数据处理的结果并向IO调度模块6传入IO；
所述元数据管理模块，用于被系统管理模块调用，将元数据处理的结果反馈给系统管理模块；其中，元数据管理模块管理缓存设备的映射信息并维护一个元数据结构来存储缓存系统的元数据信息；
所述缓存模式分析模块，用于对所述缓存模式信息进行验证和识别，获得处理结果，通过系统管理模块发送至缓存数据管理模块；
所述缓存数据管理模块，接收所述处理结果后，获取缓存策略并根据IO调度模块传递来的IO，完成迁移；
IO调度模块，用于接收系统管理模块传入的IO；还用于向缓存数据管理模块传递IO。
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